We study active learning of homogeneous $s$-sparse halfspaces in $\mathbb{R}^d$ under the setting where the unlabeled data distribution is isotropic log-concave and each label is flipped with probability at most $\eta$ for a parameter $\eta \in \big[0, \frac12\big)$, known as the bounded noise. Even in the presence of mild label noise, i.e. $\eta$ is a small constant, this is a challenging problem and only recently have label complexity bounds of the form $\tilde{O}\big(s \cdot \mathrm{polylog}(d, \frac{1}{\epsilon})\big)$ been established in [Zhang, 2018] for computationally efficient algorithms. In contrast, under high levels of label noise, the label complexity bounds achieved by computationally efficient algorithms are much worse: the best known result of [Awasthi et al., 2016] provides a computationally efficient algorithm with label complexity $\tilde{O}\big((\frac{s \ln d}{\epsilon})^{2^{\mathrm{poly}(1/(1-2\eta))}} \big)$, which is label-efficient only when the noise rate $\eta$ is a fixed constant. In this work, we substantially improve on it by designing a polynomial time algorithm for active learning of $s$-sparse halfspaces, with a label complexity of $\tilde{O}\big(\frac{s}{(1-2\eta)^4} \mathrm{polylog} (d, \frac 1 \epsilon) \big)$. This is the first efficient algorithm with label complexity polynomial in $\frac{1}{1-2\eta}$ in this setting, which is label-efficient even for $\eta$ arbitrarily close to $\frac12$. Our active learning algorithm and its theoretical guarantees also immediately translate to new state-of-the-art label and sample complexity results for full-dimensional active and passive halfspace learning under arbitrary bounded noise. The key insight of our algorithm and analysis is a new interpretation of online learning regret inequalities, which may be of independent interest.


翻译:我们研究如何在 $\ mathbb{r\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\3\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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主动学习是机器学习(更普遍的说是人工智能)的一个子领域,在统计学领域也叫查询学习、最优实验设计。“学习模块”和“选择策略”是主动学习算法的2个基本且重要的模块。 主动学习是“一种学习方法,在这种方法中,学生会主动或体验性地参与学习过程,并且根据学生的参与程度,有不同程度的主动学习。” (Bonwell&Eison 1991)Bonwell&Eison(1991) 指出:“学生除了被动地听课以外,还从事其他活动。” 在高等教育研究协会(ASHE)的一份报告中,作者讨论了各种促进主动学习的方法。他们引用了一些文献,这些文献表明学生不仅要做听,还必须做更多的事情才能学习。他们必须阅读,写作,讨论并参与解决问题。此过程涉及三个学习领域,即知识,技能和态度(KSA)。这种学习行为分类法可以被认为是“学习过程的目标”。特别是,学生必须从事诸如分析,综合和评估之类的高级思维任务。
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